авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Повышение извлечения золота из упорного сырья на основе применения магнитно-импульсной обработки

-- [ Страница 2 ] --

С помощью магнитно-импульсной обработки эффект разупрочнения руды достигается при малых затратах энергии. Этот эффект обусловлен тем, что при импульсном воздействии внешнее электромагнитное поле распространяется по всему объему руды, создаются напряжения, приводящие к разупрочнению материала. При наличии в руде минералов - пьезоэлектриков (например, кварца, турмалина) и других сегнетоэлектриков или магнитных зерен (например, сульфидов, оксидов, прочих магнитных соединений железа, никеля, хрома) МИО вызывает в этих зернах эффекты магнитострикции и пьезострикции, характеризуемые возникновением деформаций в отдельных минералах. За счет неоднородности магнитно-диэлектрических и механических свойств минералов, входящих в состав руды, а также наличия воды, на границах зерен возникает концентрация полей и усилий, приводящих к растягивающим и сдвиговым напряжениям, соизмеримым с величиной критических напряжений на растяжение и сдвиг.

Кроме того, по объему материала возникают трещины, облегчающие проникновение растворов к частице металла в процессе цианирования. Также известен эффект возрастания скорости химических реакций при электромагнитном воздействии.

Достаточно подробно изучен механизм разупрочнения магнитных руд (железистых кварцитов) с помощью магнитно-импульсной обработки, который базируется на явлении магнитострикции, приводящей к деформации в зернах магнетита и, как следствие этого, возникновению и развитию микро- и макродефектов на границе срастания магнетита с соседними минералами железистого кварцита.

В работе В.Ю. Иванова отмечается, что разупрочнение минералов под действием МИО с точки зрения заряженной дислокации, происходит в результате механических напряжений, возникающих в минерале под действием сил Кулона и Лоренца.

Поисковые исследования по использованию МИО в процессе гидрометаллургической переработки золотосодержащих руд и концентратов показали, что предварительная энергетическая обработка сульфидных концентратов дает возможность повысить извлечение золота на 7-9%, кварцевых руд – на 2,5-5%.

Выполненные в ЦНИГРИ исследования совместно с НП «Центр высоких технологий» показали положительное влияние МИО на эффективность наиболее энергоемких процессов измельчения и цианирования разных типов упорного золотосодержащего сырья (кварцевой и кварц-карбонатной руд, сульфидных концентратов и хвостов флотации медно-цинковых руд). Так установлено, что предварительная энергетическая обработка потока руды (пульпы) перед измельчением позволяет ослабить межкристаллические связи в горных породах, улучшить раскрываемость минералов, сократить продолжительность измельчения и, как следствие, снизить энергоемкость на 10-40%, повысить производительность мельниц. Затраты электроэнергии на предварительную МИО обработку оцениваются в количестве в 0,3-0,5 кВт.час/т. Для получения аналогичного эффекта с помощью традиционного измельчения потребуется на порядок больше электроэнергии.

Анализ исследований по использованию различных методов энергетических воздействий при переработке упорных золотосодержащих руд и концентратов, показал, что перспективным методом является магнитно-импульсная обработка сырья. Предлагаемый метод имеет ряд преимуществ, по сравнению с традиционными технологиями, а именно: снижение энергоемкости процесса рудоподготовки, целенаправленное воздействие на материал при энергетической обработке, малые затраты энергии, наличие опытно-промышленного оборудования.

В последующих главах диссертационной работы автором представлены результаты исследований по изучению механизма разупрочнения золотосульфидного концентрата под действием МИО, по влиянию магнитно-импульсной обработки на механические, электрофизические, электрохимические свойства исследуемого объекта, результаты экспериментальных работ по определению оптимальных режимов МИО, разработке технологии цианирования золотосульфидного концентрата с предварительной магнитно-импульсной обработкой и испытанию разработанной технологии на упорных рудах, концентратах и техногенном сырье.

изучение вещественного состава концентрата и обоснование применения метода магнитно-импульсной обработки

Объектами исследований являлись упорные золотосульфидные руды и концентраты.

Исследования по разработке технологии извлечения золота с применением магнитно-импульсной обработки проводили на примере флотационного концентрата, полученного при обогащении руды текущей добычи месторождения Кумтор, на одноименной обогатительной фабрике.

По данным обзорного масс-спектрометрического с индуктивно связанной плазмой (ICP MS), химического и пробирного анализов концентрат содержит: 10,75% SiO2; 5,8% Al2O3; 2,05% CaO; 2,91% K2O; 29,22% железа, 33,42% серы. Из вредных примесей присутствует органический углерод – 0,64%. Основным ценным компонентом концентрата является золото, содержание которого составляет 45,7 г/т.

Изучение минерального состава концентрата показало, что основным рудным минералом является пирит (62,5%), кроме того, в концентрате присутствуют: кварц (5%), карбонаты (5%), гематит (4%), остальное - полевые шпаты, слюдистые агрегаты и сростки кварца, пирита, гематита, магнетита, карбонатов, углеродистых сланцев. Золото в концентрате, в основном, ассоциировано с пиритом и ультратонко рассеяно в нем. По данным минераграфических исследований золото присутствует в самородном состоянии и в виде калаверита (Au, Ag)Te2. При оптическом изучении концентрата в монтированных аншлифах при увеличении до 1300 отмечено самородное золото размером несколько более 0,001 мм в пирите.

По данным гранулометрического анализа исходного флотоконцентрата в нем содержится 52% класса -0,074 мм, в т.ч. 20% -0,020 мм. Распределение золота и серы по классам крупности свидетельствует о четкой корреляции золота с пиритом.

Рациональным анализом на золото флотационного концентрата крупностью 52% -0,074мм (20% -0,020 мм) и доизмельченного до 76% -0,020 мм (рисунок 1) установлено, что в концентрате исходной крупности содержится 8,30% амальгамируемого золота, 50,88% золота находится в открытых сростках, 4,80% - заключено в кислоторастворимых минералах, 16,69% золота связано с сульфидами, 19,33% золота находится в тонко вкрапленном состоянии в породообразующих минералах. В доизмельченном концентрате содержится 8,41% амальгамируемого золота, 71,5% - в открытых сростках, 3,51% золота заключено в кислоторастворимых минералах, 10,30% - ассоциировано с сульфидами, 6,28% золота вкраплено в породообразующие минералы. Следовательно, при доизмельчении концентрата наиболее эффективно вскрывается золото, связанное с кварцем и прочими породообразующими минералами, и менее эффективно раскрывается золото, связное с сульфидами (пиритом). Это указывает на то, что размер вкраплений золота в пирите чрезвычайно мал и не происходит его раскрытия даже при тонком измельчении концентрата.

Рисунок 1 - Результаты рационального анализа флотоконцентрата крупностью 52% -0,074 мм и тонкоизмельченного концентрата 76% -0,020 мм

По данным минераграфических исследований золотосодержащие пирит и кварц образуют минеральные комплексы с гематитом и магнетитом, которые являются магнитновосприимчивыми минералами.

Взаимодействие магнитновосприимчивых минералов с электромагнитным полем в процессе МИО обуславливает возникновение явления магнитострикции, приводящее к разупрочнению минеральных комплексов.

Наличие минералов-диэлектриков (кварц, полевые шпаты, серицит и др.) создает предпосылки для протекания процесса электрострикции под влиянием МИО.

МЕХАНИЗМ РАЗУПРОЧНЕНИЯ ЗОЛОТО-ПИРИТНОГО КОНЦЕНТРАТА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

В результате воздействия магнитного поля в горных породах, содержащих гематит (антиферромагнетик) и магнетит (ферримагнетик), возникает явление магнитострикции и происходит некоторое изменение расстояний между атомами, т.е. появляются механические напряжения и микротрещины. В электрическом поле возникает явление поляризации: появляются механические напряжения, обусловленные электризацией, а в пьезоэлектриках (кварц) – обратный пьезоэффект.

Под действием импульсного магнитного поля возбуждения в кристаллической решетке минерала могут возникать деформации, вызванные изменением направления спиновых моментов электронов, в том числе в ядрах дислокаций, что может сопровождаться появлением упругих напряжений магнитострикционной природы и активацией дислокационных процессов.

С использованием уравнений тензорной физики профессором С.А. Гончаровым с коллегами выполнены расчеты деформирующих напряжений в результате протекания явления магнитострикции в железистых кварцитах и рассчитаны разупрочняющие эффекты в магнетите и кварце. Поскольку в состав исследуемого концентрата входят минералы ферримагнетики (магнетит), антиферромагнетики (гематит, пирит, ильменит), диамагнетики (кварц, сфалерит, галенит, гипс и др.), в них под действием электромагнитного поля могут возникать деформирующие напряжения, которые были рассчитаны нами применительно к составу золотосодержащего концентрата, а именно в пирите, гематите, магнетите и кварце.

При намагничивании антиферро- и ферримагнетиков магнитные силы действуют в интервале полей от нуля до напряженности, при которой образец достигает технического магнитного насыщения. Намагничивание в этом интервале полей обусловлено процессами смещения границ между доменами и вращения магнитных моментов доменов. Оба эти процесса изменяют энергетическое состояние кристаллической решетки, что проявляется в изменении равновесных расстояний между ее узлами. В результате атомы смещаются, происходит магнитострикционная деформация решетки. Магнитострикция этого вида носит анизотропный характер (зависит от направления и величины намагниченности) и проявляется в основном в изменении формы кристалла почти без изменения его объема (линейная магнитострикция). Для расчета линейной магнитострикции, возникающей в минералах золотосульфидного концентрата под действием МИО, использовались следующие формулы:

Величину (l/1)s называют магнитострикцией насыщения или магнитострикционной постоянной.

где , и , - направляющие косинусы соответственно вектора Is технического и направления измерения относительно ребер куба, a1 и a2 - константы анизотропии магнитострикции, равны:

где и - максимальные линейные магнитострикции, соответственно в направлении ребра и диагонали ячейки кристалла.

Поскольку зерна магнетита имеют кубическую сингонию, намагничивание кристаллов магнетита происходит по трем главным кристаллографическим осям, которые, согласно правилам кристаллографии, обозначаются 100, 110 и 111.

В результате магнитострикции в зернах магнетита возникают напряжения и деформации, которые рассчитываются по формулам:

где и - деформации по осям перпендикулярным к плоскостям [111] и [100], определяются экспериментально.

Поперечные деформации - это деформации перпендикулярные к плоскостям (100), (110) и (111) и направлены вдоль соответствующих осей. Они характеризуются коэффициентами поперечной магнитострикции и рассчитываются по формулам:

где g1; g2; g3 - направления деформирования, перпендикулярные плоскостям (100), (110), (111).

Расчет сдвиговых напряжений в зернах магнетита в матрицах кварца, гематита и пирита выполнен на основе справочных данных: модуля упругости, модуля сдвига, коэффициента Пуассона, пределов прочности на сжатие [с] и сдвиг [].

В таблице 1 приведены рассчитанные значения полученных сжимающих и сдвиговых напряжений в минералах, входящих в состав исследуемого концентрата.

Таблица 1 – Максимальные напряжения в минералах при магнитострикции

Минерал Напряжения Коэффициент разупрочнения при МИО
сжимающие Max [с]106, Па сдвиговые Max []106, Па сжимающих напряжений Max [с]/[с] сдвиговых напряжений Max []/[]
Магнетит 59,98 16,85 0,4 0,47
Гематит 44,38 17,05 0,74 0,65
Пирит 57,23 22,89 0,44 0,97
Кварц 14,11 8,13 0,05 0,08

В результате магнитно-импульсной обработки максимальные сжимающие напряжения создаются в магнетите (59,98 МПа), пирите (57,23 МПа), а так же гематите (44,38 МПа) и наименьшие напряжения в кварце (14,11 МПа). Максимальные сдвиговые напряжения возникают в пирите (22,89 МПа), гематите (17,05 МПа) и магнетите (16,85 МПа), наименьшие - в кварце (8,13 МПа).

Для оценки влияния МИО на разупрочнение минеральных составляющих концентрата, введем понятие коэффициента разупрочнения под действием сдвиговых напряжений (Крсдвиг.) и коэффициента разупрочнения при сжатии (Крсжим.):

Крсдвиг.= Max []/[] – отношение максимального сдвигового напряжения к пределу прочности на сдвиг

Крсжим.= Max [с]/[с] – отношение максимального сжимающего напряжения к пределу прочности на сжатие

С учетом расчетных значений максимальных сдвиговых и сжимающих напряжений, были рассчитаны коэффициенты разупрочнения сдвиговых и сжимающих напряжений при МИО для магнетита, гематита, пирита и кварца (рисунок 2).

  Коэффициенты разупрочнения минералов под действием сжимающих и-19

Рисунок 2 – Коэффициенты разупрочнения минералов под действием сжимающих и сдвиговых напряжений в процессе МИО

Сравнивая коэффициенты разупрочнения сдвиговых и сжимающих напряжений можно отметить, что максимальное разупрочнение при МИО золотосульфидного концентрата будет происходить под действием сдвиговых напряжений в пирите и гематите, и минимальное разупрочнение в кварце. Разупрочнение пирита и гематита должно привести к возникновению и развитию дефектов на границе срастания минералов.

Согласно расчетам, выполненным С.А. Гончаровым и П.П. Ананьевым 2006г., по оценке возможности возникновения деформации в диэлектриках (кварце) под действием электромагнитного поля в процессе МИО показано, что величина электрической составляющей поля при МИО равная 104 В/м, недостаточна для возникновения деформаций, приводящих к разрушению кварца, поскольку его пробойное напряжение составляет (2-3).107 В/м.

Из работы В.Ю. Иванова известно, что МИО обуславливает возникновение нескомпенсированного заряда дислокации, который приводит к изменениям кристаллической решетки минералов. Поэтому нами было изучено изменение размеров кристаллов, путем измерения области их когерентного рассеяния (ОКР), и изменение относительной деформации минералов (пирита и кварца) в исследуемом концентрате.

Измерения области когерентного рассеяния и средней относительной деформации пирита и кварца, проводили с использованием рентгеновского структурного анализа (таблица 2). Измерения выполнялись на дифрактометре ДРОН-3М с внешним источником питания Spellmann HV. Трубка с кобальтовым катодом. Режим съемки – 50kV 35mA, рабочая мощность 1,74kW.

Таблица 2 - Результаты измерения области когерентного рассеяния и средней относительной деформации

Образец Область когерентного рассеяния (ОКР) Средняя относительная деформация
DFeS2, анг DSiO2, анг FeS2, % SiO2, %
Без МИО 1394 217 0,043 0,174
После МИО 1673 312 0,061 0,189

Из данных, приведенных в таблице 2, видно, что магнитно-импульсная обработка упорного золотосульфидного концентрата оказывает влияние на параметры кристаллической структуры минералов: область когерентного рассеяния пирита увеличивается на 20% (с 1394 до 1673 анг.), кварца - на 43,8% (с 217 до 312 анг.), что свидетельствует о деформационных искажениях кристаллической решетки минералов; относительная деформация (остаточные упругие напряжения) в пирите увеличивается на 41,87% (с 0,043 до 0,061%), а в кварце – на 8,6% (с 0,174 до 0,189%). Полученные данные свидетельствуют о разупрочнении пирита и кварца, при этом наибольшие изменения структурных напряжений наблюдаются в пирите, по сравнению с кварцем, под влиянием дислокаций в результате магнитно-импульсной обработки, которые приводят к снижению прочности пиритного концентрата и раскрытию минеральных комплексов.

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА УПОРНОГО ЗОЛОТОСУЛЬФИДНОГО КОНЦЕНТРАТА

В работах, посвященных использованию МИО для разупрочнения железистых кварцитов, отмечалось, что под действием электромагнитного поля возникают явления магнитострикции и дислокации, которые приводят к изменению не только механических, но и физико-химических свойств минералов и состояния их поверхности.

Применительно к исследуемому золотопиритному концентрату впервые изучено влияние МИО на пористость, термо-ЭДС, удельное сопротивление, электродный потенциал и состояние поверхности.

С помощью сканирующего электронного микроскопа Leo 1420 VP исследована поверхность концентрата до и после магнитно-импульсной обработки (рисунок 3).

а) до МИО
б) после МИО

Рисунок 3 – Влияние МИО на состояние поверхности концентрата



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.